Nella tecnologia, il termine "trasmissione meccanica" si riferisce all'insieme degli organi che trasferiscono la potenza meccanica, ad esempio da un motore primo a una macchina utilizzatrice. Nel contesto dei veicoli, la trasmissione è il sistema che consente il trasferimento della potenza dal motore agli organi di propulsione.
Componenti e Funzionamento Generale
Lo scollegamento delle ruote motrici dal motore è ottenuto nei veicoli con cambio a comando manuale, sia mediante la frizione sia mediante la posizione di "folle" del cambio. Il trasferimento della coppia motrice da elementi sospesi a elementi non sospesi è reso possibile interponendo sull'albero propulsore o, nel caso di assale oscillante e ruote indipendenti, sui semiassi, dei giunti universali. Questi giunti permettono la trasmissione del moto anche fra alberi i cui assi formino angoli di qualche grado e all'albero stesso di adeguarsi alle variazioni di posizione reciproca dei suoi estremi.
Sull'albero propulsore è spesso montato un giunto elastico, il quale assorbe le variazioni di incidenza fra i tratti dell'albero e piccoli disassamenti, incassando gli "strappi" dovuti a rilascio repentino della frizione. La ripartizione della potenza fra le ruote motrici è ottenuta per mezzo del differenziale.
Macchine e Trasmissioni
Le macchine possono essere classificate in:
- Macchine trasmettitrici: trasmettono l’energia che ricevono, modificandone alcune caratteristiche.
- Macchine motrici: producono energia meccanica a partire da un altro tipo di energia.
- Macchine operatrici: modificano la forma del materiale sul quale stanno lavorando.
Per collegare due ruote i cui assi sono distanti tra loro, si possono usare cinghie di trasmissione. Possiamo cambiare il rapporto di trasmissione modificando i diametri delle due ruote. La trasmissione con cinghia non è di assoluta precisione, a causa di possibili slittamenti.
Quando due superfici solide, a contatto, si muovono l’una rispetto all’altra, nella zona di contatto si origina una forza che si oppone al moto: questa è la forza d’attrito. Le parti in movimento di tutte le macchine generano attrito e il continuo sfregamento o rotolamento genera calore. È necessario prevedere un sistema di raffreddamento degli organi in moto per evitare danni che possono portare anche al blocco della macchina.
Ruote Motrici Idrauliche
Le ruote motrici furono i primi motori veri e propri con cui si è utilizzata l'energia delle cadute d'acqua. Esistono diversi tipi di ruote motrici idrauliche:
Ruote per Disopra (a Cassette)
Sono grandi ruote con cassette montate sulla periferia, nelle quali viene introdotta l'acqua. Se alla ruota viene applicata una coppia resistente eccessiva, la ruota rallenta e l'acqua trabocca. Queste ruote smaltiscono portate da 100 a 200 litri al secondo per ogni metro di larghezza e possono raggiungere rendimenti del 0,70 ÷ 0,80.
Ruote di Fianco
Queste ruote hanno un diametro maggiore del dislivello fra monte e valle e s'impiegano per portate e cadute variabili, queste ultime fra 1,5 e 5 m. Per evitare il vuotamento degli intervalli fra le pale prima dell'arrivo alla posizione più bassa, il fondo del canale continua con una superficie cilindrica concentrica alla ruota. Questo tipo di ruota resta in generale leggermente sommerso.
Ruota Sagebien (a Stramazzo)
È una forma particolare di costruzione della ruota di fianco, adatta per impianti con piccole e medie cadute (da 40 cm a m). Il diametro varia da 3 a 4 volte il valore della caduta geodetica. Il rendimento può raggiungere il valore 0,90 per velocità di arrivo dell'acqua e periferica non superiori a 80 cm al secondo e per portate dell'ordine di un metro cubo.
Ruote per Disotto
In queste ruote, l'energia viene ricevuta sotto forma di forza viva. L'acqua scorre in una gora, assume velocità e colpisce le palette radiali della ruota, imprimendovi il moto. Il diametro può essere minore della caduta, ma il rendimento è basso.
Ruota Poncelet
In questa ruota si riscontrano idealmente le condizioni di funzionamento della moderna turbina Pelton, ma il rendimento non oltrepassa 0,70 per cadute di 2 ÷ 3 metri.
Ruote Pendenti
Queste ruote raccolgono lavoro meccanico ritardando la velocità della corrente di un corso d'acqua, utilizzando la differenza dell'altezza dinamica fra monte e valle. Sono ruote a pale radiali disposte sopra barconi ancorati nei fiumi.
Ruote ad Asse Verticale
Oltre alle ruote idrauliche ad asse orizzontale, se ne costruivano anche ad asse verticale, con pale sporgenti da un mozzo. Ricevevano l'acqua in forma di getto libero tramite un canale inclinato.
Turbine Idrauliche
Le turbine idrauliche si suddividono in turbine radiali (centripete) e a flusso misto (turbine Francis), assiali a pale fisse o mobili (Kaplan) e ruote tangenziali (Pelton). Possono essere ad asse orizzontale o verticale, a vena libera o chiusa, semplici o pluristadio. La classificazione si basa sul salto motore o sul numero di giri caratteristico. A pari velocità periferica, le macchine ad azione forniscono i lavori maggiori o, a pari lavoro fornito, richiedono le minori velocità periferiche.
Turbine ad Azione (Pelton)
Nelle turbine Pelton, l'acqua incanalata giunge al livello della macchina in condizioni di elevata pressione, trasformata in energia cinetica nel distributore (boccaglio o ugello). La vena che interagisce con la pala è a pressione costante, pari a quella atmosferica. All'interno del boccaglio, un otturatore (spina Doble) regola la portata erogata. Il getto in uscita alimenta tangenzialmente la girante e interagisce con le pale a forma di doppio cucchiaio. Il rapporto d/D definisce le dimensioni della pala e varia da 1/7 per i salti più bassi sino a 1/50 per i salti più elevati.
Turbine a Reazione (Francis)
La turbina Francis è una macchina a reazione a vena chiusa, con pressione variabile tra l'ingresso del distributore e l'uscita della girante. Il distributore a chiocciola distribuisce l'acqua alla periferia, mentre il distributore palettato indirizza il fluido alla girante. Le pale del distributore possono essere ruotate per variare l'inclinazione e la portata fluente, alterando i triangoli di velocità in ingresso della girante, con conseguente caduta del rendimento ai carichi parziali.
Le turbine Kaplan hanno un elevato numero di giri caratteristico, superiore a quello delle Francis.
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